超磁致伸缩电静液作动器的试验研究与特性分析

超磁致伸缩材料驱动的电静液作动器具有结构高度集成、性能影响因素多以及理论分析复杂等特点,为寻求超磁致伸缩电静液作动器可靠的理论分析方法以提高其输出性能,首先搭建了超磁致伸缩执行器与作动器试验测试平台,完成了执行器与作动器动态特性对比试验,在准确测试与观察试验现象的基础上,对超磁致伸缩电静液作动器进行结构分解,以各环节固有频率为理论分析切入点,采用试验、理论与有限元分析相结合的方法,分析了悬臂梁阀片、管路、液压缸以及蓄能器等动态特性对作动器输出性能的影响规律,总结出符合试验结果的理论分析方法并确定了影响与制约作动器输出性能的关键环节,最后提出了超磁致伸缩电静液作动器优化改进方案,优化后作动器试验结果显示：在200 Hz左右、0.6 MPa 的偏压作用下,选取 0.15 mm 厚度的阀片,作动器的输出性能达到最佳,其输出流量最大可达1.2 L/min。     

超磁致伸缩材料作动器的研制及特性分析

 采用自制的TbDyFe超磁致伸缩材料设计并制作了主动振动控制用超磁致伸缩作动器 ,并对其偏置磁场、激励磁场、静态特性、动态特性和主动控制减振效果进行了测试和分析。研究结果表明 ,作动器工作应变在TbDyFe材料的线性区 ,其总伸缩量可达 70 μm。低频动态特性好 ,谐频影响小。在自适应滤波控制方式下使用该作动器对正弦振动进行主动控制减振 ,减振效果达到 30dB。磁场均匀性对作动器输出特性有明显影响 ,采用Ansys有限元软件精确设计作动器激励磁场 ,可提高超磁致伸缩材料沿轴向磁场均匀性。     

柔性铰链放大式超磁致伸缩致动器磁弹耦合模型

针对超磁致伸缩致动器(GMA)输出位移有限的问题,采用柔性铰链放大机构放大GMA输出位移,利用材料力学理论、拉格朗日动力学方程和有限元法对柔性铰链放大机构的位移放大倍数、动力学特性进行了分析.结合Jiles-Atherton(J-A)模型和二次畴转模型建立了柔性铰链放大式GMA的磁弹耦合模型,并在软件AMESim&Simulink联合仿真环境中进行了数值仿真.制作了柔性铰链放大式GMA样机,对其进行了动态性能实验,仿真和实验表明:经过放大,柔性铰链放大式GMA输出位移可以达到0.4mm;频带宽超过100Hz;所建立的磁弹耦合模型是有效的.      

超磁致伸缩材料及其在军事中的应用

超磁致伸缩材料是近年来发展起来的一种新型功能材料,在许多领域显示出良好的应用前景.介绍了超磁致伸缩材料的特点、国内外发展状况及其在航空航天、大功率低频声纳系统中的应用.     

超磁致伸缩驱动器的致动机理研究

介绍了超磁致伸缩驱动器的特点及其应用范围,论述了驱动器的结构参数及工作原理,建立了基于畴壁理论的GMA致动模型,对采用国产材料研制的驱动器静态位移输出特性进行了测试,并对致动模型进行了实验分析.     

基于磁致伸缩作动器的主动隔振系统分析

基于材料的本构方程,建立主动隔振系统的模型,并对其动力学和控制稳定性进行了研究。分析和仿真表明,上层质量对主动控制力的影响较大,采用中间质量的加速度作为反馈量时下层刚度对隔振效果影响明显。在系统的前馈控制形式中,振动频率的变化不会影响系统稳定性,但反馈环节将会降低稳定裕度;在反馈控制形式中,随着振动频率的增大,次通道的延迟作用可能使系统不稳定。      

双泵电静液作动器控制研究

功率电传技术是未来全电飞机发展须攻克的难点,其中具有集成化优势的小型高效电静液作动器是功率电传技术领域的一项重要内容。智能材料驱动的电静液作动器由于具备集成度高、能量密度大、响应快、精度高等优势,已逐步成为电静液作动器的主流发展方向之一。本文针对一种双压电泵驱动、电机配流的封闭式电液作动器,从驱动幅值、频率、相位3个控制维度出发,提出幅相控制、频相控制与纯相控制3种控制方法。试验证明,幅相控制与纯相控制误差低于频相控制,当该作动器在跟踪 0.5 Hz 频率、7.5 mm 峰峰值的正弦目标位移时,幅相控制和纯相控制的均方根误差分别为0,09 mm 与1.101 mm,相对低于频相控制时的0.169 mm。文中所提出的3种控制方法均可实现双泵电静液作动器的伺服控制,但幅相控制和纯相控制方法的控制精度优于频相控制。     

超磁致伸缩致动器轴向谐振频率计算与实验研究

 为提高超磁致伸缩致动器(GMA)的设计效率,建立了GMA动力学模型和ANSYS有限元模型,对其轴向谐振频率进行了计算和模拟,并进行了GMA轴向谐振频率分析实验。通过实验数值和计算值及有限元分析结果的对比,动力学模型计算所得的GMA轴向谐振频率与实验值的误差小于5%, ANSYS分析所得的GMA轴向谐振频率与实验值的误差小于3%,验证了动力学模型和有限元模型的有效性。最后,通过ANSYS有限元分析了GMA各部件对其轴向谐振频率的影响,并提出利用有限元分析来提高GMA的结构刚度从而改善其轴向谐振频率的方法。     

一体化电动静液作动器(EHA)的设计与仿真分析

一体化电动静液作动系统兼备传统液压作动系统和直接驱动的机电作动系统的优点,也就是同时具备高转距和大功率密度,并且易于模块化。本文阐述了一种一体化电动静液作动器(EHA)的总体结构和工作原理,对电机、泵和液压缸的选用以及系统设计提出了明确的要求,并对其各个模块进行了建模和仿真分析。结果表明,EHA的性能能够满足现代飞机对作动系统的要求,在未来功率电传(PBW)的飞控系统中具有很好的应用前景。     

巨磁致伸缩材料作动器及其谐振频率研究

 快速倾斜镜（FSM）是自适应光学系统中提高系统传输精度的关键器件。针对快速倾斜镜的应用背景,采用巨磁致伸缩材料作为驱动组元,研制适用于新型快速倾斜镜的巨磁致伸缩材料作动器,并对作动器的输出位移、输出力及振动模态进行了研究。采用超高温度梯度区熔定向凝固法制备了具有〈112〉轴向择优取向的TbDyFe巨磁致伸缩合金,其10MPa预压力时平行于外磁场方向的饱和磁致伸缩性能达到0.175%,线性段磁致伸缩性能超过0.12%。所研制的巨磁致伸缩材料作动器的准静态位移超过±40μm,输出力达到1 000N以上,并且具有良好的动态响应。巨磁致伸缩材料作动器在1kg负载时的一阶共振频率达到97Hz。这为新型快速倾斜镜系统的研制建立了良好的基础。     

超磁致伸缩执行器热损耗模型与实验

针对高频大电流驱动下超磁致伸缩执行器发热严重影响其有效位移输出精度的问题,采用管式冷却结构措施以抑制执行器温升.根据欧姆定律建立交流(DC)与直流(AC)电同时作用下执行器电阻损耗理论模型,基于麦克斯韦方程推导出磁致伸缩棒内部磁场方程及涡流损耗模型,从复数磁导率虚部出发得出磁致伸缩棒磁滞损耗模型.求解上述模型可知:当驱动频率达到50Hz时,磁致伸缩棒损耗占执行器总损耗5%.通过搭建执行器热特性测试实验台,实验测得执行器损耗与理论计算结果吻合良好;管式冷却具有较好的冷却效果,可将磁致伸缩棒温度控制在50℃以内,其实验结果与有限元仿真结果最大误差为3℃以内,进一步验证热损耗计算公式有效性并为精密超磁致伸缩执行器的设计和应用提供了理论支持.      

基于弹性阻尼基座的超磁致伸缩致动器响应模型

为弥补环境引起的超磁致伸缩材料的不可控变形,将超磁致伸缩致动器置于弹性阻尼基座上,计算此时输出端和底座的稳态响应.将系统简化为两自由度线性系统,建立了系统的振动微分方程,计算其固有角频率,并通过简谐激励输入分析了系统的幅频特性.输入不同幅值和频率的简谐电流,通过实验得到输出端和底座的位移;根据实验结果计算了模型的相对误差,并对比模型和实验的绝对误差.计算结果表明:模型与实验结果的相对误差不超过9%,绝对误差不超过0.01mm,由此验证了模型的准确性.      

液压放大式超磁致伸缩直驱式伺服阀的设计与实验

研制了一种基于液压式微位移放大机构的超磁致伸缩直驱式电液伺服阀,在保证较大体积流量的前提下,提高了直驱式电液伺服阀的频响.采用弹性力学理论、有限元和计算流体力学(CFD)方法对直驱式电液伺服阀进行了结构设计和分析,并制作了超磁致伸缩直驱阀样机,在AMESim下建立其磁-机-液耦合模型.仿真和试验表明:所设计的超磁致伸缩直驱阀的频响超过100Hz和系统油压21MPa下的负载体积流量达到30L/min.      

Variable load failure mechanism for high-speed load sensing electro-hydrostatic actuator pump of aircraft

This paper presents a novel transient lubrication model for the analysis of the variable load failure mechanism of high-speed pump used in Load Sensing Electro-Hydrostatic Actuator (LS-EHA). Focusing on the slipper/swashplate pair partial abrasion, which is considered as the dominant failure mode in the high-speed condition, slipper dynamic models are established. A forth sliding motion of the slipper on the swashplate surface is presented under the fact that the slipper center of mass will rotate around the center of piston ball when the swashplate angle is dynamically adjusted. Besides, extra inertial tilting moments will be produced for the slipper based on the theorem on translation of force, which will increase rapidly when LS-EHA pump operates under high-speed condition. Then, a dynamic lubricating model coupling with fluid film thickness field, temperature field and pressure field is proposed. The deformation effects caused by thermal deflection and hydrostatic pressure are considered. A numerical simulation model is established to validate the effectiveness and accuracy of the proposed model. Finally, based on the load spectrum of aircraft flight profile, the variable load conditions and the oil film characteristics are analyzed, and series of variable load rules of oil film thickness with variable speed/variable pressure/variable displacement are concluded.     

Dynamic thermal coupling modeling and analysis of wet electro-hydrostatic actuator

The electro-hydrostatic actuator(EHA) used in more electric aircraft(MEA) has been extensively studied due to its advantages of high reliability and high integration. However, this high integration results in a small heat dissipation area, leading to high-temperature problems. Generally,to reduce the temperature, a wet cooling method of using the pump leakage oil to cool the motor is adopted, which can also increase the difficulty of accurately predicting the system temperature in the early desi...     

射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器建模及分析

为提高射流伺服阀的动态性能,设计了采用桥式微位移放大机构的射流伺服阀用放大型超磁致伸缩执行器(AGMA)。建立了计输入位移损失的放大机构模型以及非线性位移输出理论模型,并采用有限元法对所建放大机构模型进行了对比验证,结果表明:放大机构的输入刚度模型最大误差0.78N/μm,放大倍数模型最大误差0.22,放大倍数受输入位移影响较小。最后,试验研究了AGMA的静动态特性,结果显示:控制电流在-0.5A到0.5A缓慢变化时,AGMA输出位移约为78μm;当控制电流从-0.5A跃变到0.5A时,其峰值位移约为71μm,峰值时间约为0.014s,调节时间小于0.1s;当控制电流幅值为0.5A时,其输出位移幅频宽40Hz,谐振频率约为30Hz。     

Design and Simulation of Electro-hydrostatic Actuator with a Built-in Power Regulator

The electro-hydrostatic actuator (EHA) is a kind of power-by-wire (PBW) actuator that converts the electrical power into localized hydraulic power for flight control. By removing the central hydraulic power supply together with hydraulic pipes, an EHA's reliability and efficiency are greatly improved but its frequency width and stiffness decreased. To overcome the drawback, this article proposes a novel structure of EHA associated with a power regulator. Composed of a high-pressure accumulator and a proportional valve, it can store and harness the hydraulic power flexibly according to the changing control requirements. The concept of transferred volume is put forward to estimate the capability of the power regulator. The actuator output position can be kept fixed with a hydraulic lock. The compounded control is specially developed to ensure the actuator system to operate in a correct manner. The simulation results indicate that the new-brand actuator results in efficient expanding of the system frequency width with an optimal power supply.     

航空磁探中潜艇磁场建模方法分析

为提高航空磁探中潜艇磁场模型精度,分析现有潜艇磁场建模方法,对边界积分法、有限元法、积分方程法、磁体模拟法等主要潜艇磁场建模方法的基本原理和推导过程进行分析。通过数值分析比较各方法的建模精度,最后归纳潜艇低空磁场建模方法的基本要点。